DE3201122A1 - NON-LINEAR RESISTANCE AND METHOD FOR PRODUCING SUCH A MATRIX FK DISPLAY PANEL USING THIS - Google Patents

Description

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Beschreibungdescription

Die Erfindung betrifft einen nicht-linearen Widerstand nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahrenzur Herstellung eines Matrix-Flüssigkristall (FK)-Anzeigefeldes/ das solche nicht-linearen Widerstände 'verwendet, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 5 bzw.The invention relates to a non-linear resistor according to the preamble of claim 1 and a methodfor the production of a matrix liquid crystal (LC) display panel / the such non-linear resistors'used, according to the preamble of claim 5 or

In der letzten Zeit hat die Anwendung von Flüssigkristallanzeigevorrichtungenund insbesondere von TN-FK-Anzeige- · vorrichtungen {Flüssigkristallanzeigevorrichtungen mitverdrillten nematischen Zellen) zugenommen. SolcheFlüssigkristallanzeigevorrichtungen werden in großen Mengen insbesondere bei kleinen elektronischen Geräten,beispielsweise bei Armbanduhren, elektronischen Rechnern etc. eingesetzt. Zur weiteren Ausdehnung des Anwendungsfeldes dieser Anzeigevorrichtungen ist eine Verbesserungihres AnzeigeVermögens notwendig. Bei herkömmlichenTN-FK-Anzeigevorrichtungen ist der nematische Flüssigkristall zwischen zwei Substratplatten eingeschlossenderart, daß sich die Makro- bzw. Hauptachse der Moleküle um etwa 90° dreht. Die Substratplatten sind mitzwei transparenten Elektroden versehen, die sandwichartig zwischen einem Polarisator und einem Analysatorliegen, deren Polarisationsachsen sich unter einem Winkel von etwa 90° schneiden. Durch Einwirkung einesFeldes auf den Flüssigkristall wird eine Anzeige hervorgerufen. Der Beginn der Spannungs-Kontrastkennlinieder Flüssigkristallanzeigevorrichtungen ist jedoch wenig steil/Und ferner wird die Spannungs-Kontrastkennliniedurch den Betrachtungswinkel beeinflußt. Daher ist es schwierig, Flüssigkristallanzeigevorrichtungen mitmehreren Zeilen im Multiplexbetrieb anzusteuern. Für einen solchen Multiplexbetrieb wird ein Tastverhältnisvon 1/30 als Grenzwert angesehen. Zur Vermeidung desRecently, the application of liquid crystal display devices has increasedand in particular of TN-LC display devices {liquid crystal display devices withtwisted nematic cells). SuchLiquid crystal display devices are used in large quantities especially in small electronic devices,used for example in wristwatches, electronic computers, etc. To further expand the field of application of these display devices, there is an improvementof your display assets. With conventionalFor TN-LC display devices, the nematic liquid crystal is enclosed between two substrate platessuch that the macro or major axis of the molecules rotates by about 90 °. The substrate plates are withtwo transparent electrodes are provided that are sandwiched between a polarizer and an analyzerwhose axes of polarization intersect at an angle of about 90 °. By acting on aA display is caused by the field on the liquid crystal. The beginning of the voltage-contrast characteristicof the liquid crystal display devices, however, is little steep / And furthermore, the voltage-contrast characteristicinfluenced by the viewing angle. Therefore, it is difficult to use liquid crystal display devicesto control several lines in multiplex mode. A pulse duty factor is used for such a multiplex operationof 1/30 is considered a limit. To avoid the

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Übersprechens, daß also nicht ausgewählte Anzeigeelemente wegen der mangelnden Steilheit der Spannungs-Kontrastkennlinieeingeschaltet werden, ist der Multiplexbetrieb auf einige zehn Zeilen beschränkt. Zwischen der Effektivspannung,die an einem ausgewählten Matrixelement eines Flüssigkristallanzeigefeldes anliegt, derjenigen eines·nicht ausgewählten Matrixelements und derjenigen eines halb ausgewählten Matrixelements bestehen nur geringeUnterschiede, weshalb bei einer Erhöhung der Zeilenzahl das übersprechen auftritt.Crosstalk, that is, display elements not selected because of the lack of steepness of the voltage-contrast characteristicare switched on, the multiplex operation is limited to a few tens of lines. Between the rms voltage,which is applied to a selected matrix element of a liquid crystal display panel, that of aunselected matrix element and that of a semi-selected matrix element exist only slightlyDifferences, which is why crosstalk occurs when the number of lines increases.

Zur Erhöhung des Anzeigevermögens der Flüssigkristallanzeigevorrichtungendenkt man nun an aktive Matrixanzeigen mit nicht-linearen Elementen. Verschiedene Versuchemit nicht-linearen Elementen wie TFT oder Dioden aus amorphem Silicium oder Polysilicium oder Varistorenaus Zinkoxid wurden unternommen. Insbesondere besitzt der nicht-lineare Widerstand nach Baraff, D.R. et al,1980 SID Intern-national Symposium Digest of TechnicalPapers, VoI XI, S. 200, April 1980 etc. verglichen mitanderen Elementen den Vorteil der leichten Herstellbarkeit und der leichten Auslegung. Hierbei handelt es.sich um ein sogenanntes MIM-Element (MIM = Metall-Isolator-Metall).To increase the display capability of the liquid crystal display devicesone now thinks of active matrix displays with non-linear elements. Different attemptswith non-linear elements such as TFT or diodes made of amorphous silicon or polysilicon or varistorsmade of zinc oxide. In particular, the Baraff, D.R. et al,1980 SID Intern-national Symposium Digest of TechnicalPapers, Vol XI, p. 200, April 1980, etc. compared toother elements have the advantage of being easy to manufacture and easy to design. This is what it is.is a so-called MIM element (MIM = metal-insulator-metal).

Fig. 1 zeigt ein solches MIM-Element. Auf einem Glassubstrat 1 ist ein Ta^O^-Dünnfilm 2 ausgebildet. EinTa-Dünnfilm oder ein mit Stickstoff dotierter Ta-Dünnfilm3 ist auf dem Dünnfilm 2 mittels einer Aufsprüh- oder Zerstäubungstechnik aufgebracht und in gewünschteForm gebracht. Durch Anodisierung der Oberfläche des Dünnfilms 3 wird dann eine Oxidschicht 4 gebildet.EineGegenelektrode 5 wird durch Vakuumaufdampfen und I.n-Form-bringen eines NiCr/Au-Dünnfilms hergestellt. Einetransparente Elektrode aus NiCr/Au stellt eine Bildelement-Fig. 1 shows such a MIM element. A Ta ^ O ^ thin film 2 is formed on a glass substrate 1. A Ta thin film or a Ta thin film 3 doped with nitrogen is applied to the thin film 2 by means of a spraying or sputtering technique and brought into a desired shape. An oxide layer 4 is then formed by anodizing the surface of the thin film 3.A counter electrode 5 is made by vacuum evaporation and shaping a NiCr / Au thin film. A transparent electrode made of NiCr / Au provides a picture element

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elektrode 6 dar, die elektrisch mit der Gegenelektrode 5 verbunden wird.electrode 6, which is electrically connected to the counter electrode 5.

Um eine Anzeigevorrichtung unter Verwendung dieser MIM-Elemente aufzubauen, werden das in Fig. 3 gezeigteSubstrat des MIM-Elements und ein mit streifenförmigentransparenten Elektroden versehenes Gegensubstrat so zusammengefügt, daß die Bildelementelektroden 6 unddie streifenförmigen transparenten Elektroden eine Matrix bilden. Zwischen den beiden Substraten oderSubstratplatten wird ein Flüssigkristall eingeschlossen, um auf diese Weise ein TN-FK-Anzeigefeld zu bilden.In order to construct a display device using these MIM elements, that shown in FIGSubstrate of the MIM element and one with strip-shapedOpposite substrate provided with transparent electrodes joined so that the picture element electrodes 6 andthe strip-shaped transparent electrodes form a matrix. Between the two substrates orA liquid crystal is enclosed in substrate plates to thereby form a TN-LC display panel.

Wenn zwischen den beiden Seiten des MIM-Elementes einelektrisches Feld erzeugt wird, das heißt eine Spannung an den Ta-Dünnfilm 3 und die Gegenelektrode 5. angelegtwird, dann stellt sich ein Stromfluß gemäß der in Fig. gezeigten Kennlinie ein, die auf dem Poole-Frenkel·-Effekt beruht und der folgende Gleichung zugrundeliegt.If between the two sides of the MIM element aAn electric field is generated, that is, a voltage is applied to the Ta thin film 3 and the counter electrode 5, then a current flow is established according to the characteristic shown in Fig., which is based on the Poole-Frenkel · -Effect is based and is based on the following equation.

I = KV esp (ßVv)I = KV esp (ßVv)

In dieser Gleichung bezeichnen:In this equation denote:

V die angelegte Spannung
I den StromV is the applied voltage
I the current

K und ß Konstanten, die das StromflußvermögenK and ß constants that determine the current flow capacity

bzw. die Nicht-Linearität kennzeichnen.or indicate the non-linearity.

Wenn dieses aus einer Matrixkombination von MIM-Elementenund FK-Bildelementen bestehende FK-Anzeigefeldangesteuert wird, dann steigt aufgrund der Nicht-Linearitätder MIM-Elemente das Verhältnis der an dem Flüssigkristall tatsächlich angelegten Effektivspannungfür den Einschaltzustand zu derjenigen für den Äusschaltzustand. Die Kontrast-Spannungskennlinie A vonIf this consists of a matrix combination of MIM elementsand FK picture elements existing FK display fieldis driven, then increases due to the non-linearityof the MIM elements is the ratio of the effective voltage actually applied to the liquid crystalfor the switched-on state to that for the switched-off state. The contrast-voltage characteristic A of

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Fig:'5 der Flüssigkristallanzeigevorrichtung wird zurhöheren Spannungsseite B verschoben und wird steiler. Nach Baraff et al wird es möglich, bei einem Multiplexbetriebder Anzeigevorrichtung ein Tastverhältnis von 1/100 bis 1/200 zu erzielen.Fig: '5 of the liquid crystal display device becomeshigher voltage side B shifted and becomes steeper. According to Baraff et al it becomes possible with a multiplex operationthe display device to achieve a duty cycle of 1/100 to 1/200.

Das MIM-Element nach Baraff besitzt allerdings zweiunterschiedliche Arten von Metall-Oxid-Grenzflächen. Dieeine Grenzfläche ist die zwischen dem Ta-Dünnfilm (bzw.The Baraff MIM element, however, has twodifferent types of metal-oxide interfaces. thean interface is that between the Ta thin film (resp.

•J0 dem mit Stickstoff dotierten Ta-Dünnfilm) und der aufdiesem befindlichen Oxidsschicht, während die andere die Grenzfläche zwischen der Oxidsschichtund dem NiCr/Au-Dünnfilm ist. Wenn diese Grenzflächenvom Strom durchflossen werden, stellt sich eine Asymmetrie• J0 the nitrogen-doped Ta thin film) and the onthis located oxide layer, while the other is the interface between the oxide layerand the NiCr / Au thin film. When these interfacesare traversed by the current, there is an asymmetry

Ί5 der Strom-Spannungs-Kennlinie bezüglich der Polaritätder an das MIM-Element angelegten Spannung ein, wie dies in Fig. 6 dargestellt ist, das heißt, das Element besitzteinen Gleichrichtungseffekt. Wie aus Fig. 6 hervorgeht, fließt ein höherer Strom, wenn der Ta-Dünnfilmpositiv ist. Selbst wenn an das TN-FK-AnzeigefeId/ beidem diese MIM-Elemente eingesetzt sind, eine symmetrischeWechselspannung angelegt wird, wird die tatsächlich am Flüssigkristall anliegende Spannung unsymmetrisch. Infolgedieser Unsymmetrie besitzt die angelegte Spannung eine Gleichstromkomponente, die die Lebensdauer des Anzeige—feldes beeinträchtigt.Ί5 of the current-voltage characteristic with regard to polarityof the voltage applied to the MIM element as shown in Fig. 6, that is, the element hasa rectifying effect. As is apparent from Fig. 6, a higher current flows when the Ta thin filmis positive. Even if the TN-FK display field / atwhich these MIM elements are used, a symmetrical oneAC voltage is applied, the voltage actually applied to the liquid crystal becomes asymmetrical. As a resultDue to this imbalance, the applied voltage has a direct current component which extends the life of the display—field impaired.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein nicht-lineares Element bzw. einen nicht-linearen Widerstand zu schaffen, beidem die beschriebene Asymmetrie nicht auftritt, und ein Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristallanzeige—vorrichtung unter Verwendung eines solchen nicht-lineare»Elements anzugeben.The object of the invention is to create a non-linear element or a non-linear resistor inwhich the described asymmetry does not occur, and a method for producing a liquid crystal display—device using such a non-linear »Element.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die MerkmaleAccording to the invention, this object is achieved by the features

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in den Ansprüchen 1 bzw. 5 oder 13 gelöst.solved in claims 1 or 5 or 13.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter bezug auf die Zeichnungen näher erläutert.Es zeigen: 'The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments with reference to the drawings.Show it: '

Fig. 1 eine perspektivische Schnittansicht eines MIM-Elements nach Baraff D.R. et al,Fig. 1 is a perspective sectional view of a MIM element according to Baraff D.R. et al,

Fig. 2 eine Draufsicht auf das MIM-Element undeine Bildelementelektrode,Fig. 2 is a plan view of the MIM element anda picture element electrode,

Fig. 3 die Anordnung von MIM-Elementen und BiId-3 shows the arrangement of MIM elements and picture

elementelektroden bei einem TN-FK-Anzeigefeld,element electrodes for a TN-FK display panel,

Fig. 4 die Strom-Spannungs-Kennlinie einesMIM-Elements,4 shows the current-voltage characteristic of aMIM element,

Fig. 5 im Vergleich die Kontrast-Spannungskennlinie eines FK-Anzeigelements einmal unter VerwendungFIG. 5 compares the contrast-voltage characteristic curve of an LC display element once it is used

eines MIM-Elements und einmal ohne ein solches,one MIM element and one without one,

Fig. 6 den abhängig von der Polarität unterschiedlichen Verlauf der Strom-Spannungs-Kennlinieeines MIM-Elements,6 shows the course of the current-voltage characteristic, which varies depending on the polarityof a MIM element,

Fig. 7aFigure 7a

und 7b der Aufbau einer MIM-Anordnung gemäßeinerAusführungsform der Erfindung,and FIG. 7b shows the structure of a MIM arrangement according toan embodiment of the invention,

Fig. 8aFigure 8a

und 8b der Aufbau einer MIM-Anordnung gemäßeinex zweiten Ausführungsform der Erfindung,and FIG. 8b shows the structure of a MIM arrangement according to a second embodiment of the invention,

Fig. 9 die Strom-Spannungs-Kennlinie derMIM-Anord-9 shows the current-voltage characteristic of theMIM arrangement

nungen gemäß den Ausführungsformen nach den .voltages according to the embodiments according to.

Fig. 7 und 8,Figs. 7 and 8,

Fig. 10a
bis 10d
und Fig.
6a bis
6c einzelne Schritte des Herstellungsverfahrens zur Herstellung einer MIM-Anordnung und einerBildelementelektrode gemäß einer AusführungsFigure 10a
up to 10d
and Fig.
6a to
6c shows individual steps of the manufacturing method for manufacturing a MIM device and a picture element electrode according to one embodiment

form der Erfindung,form of invention,

Fig. 12aFigure 12a

bis 12d Schritte des Herstellungsverfahrens einer MIM-15·Anordnung und einer Bildelementelektrode gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,to 12d steps of the manufacturing process of a MIM-15Arrangement and a picture element electrode according to a further embodiment of the invention,

Fig. 13aFigure 13a

bis 13c Schritte des Herstellungsverfahrens einer MIM-Anordnung und einer Bildelementelektrode13 to 13c, steps of the manufacturing process of a MIM device and a picture element electrode

gemäß noch einer anderen Ausführungsform deraccording to yet another embodiment of

Erfindung,Invention,

Fig. 14aFigure 14a

und 14b ein Herstellungsverfahren eines MIM-Elementsund einer Bildelementelektrode einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,and FIG. 14b shows a manufacturing method of a MIM elementand a picture element electrode of a further embodiment of the invention,

Fig. 15Fig. 15

und 16 das Elektrodenmuster bei der anodischen Oxidationgemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,and 16, the electrode pattern in anodic oxidationaccording to a further embodiment of the invention,

Fig. 17 das Elektrodenmuster bei der anodischen Oxidation ineinem TN-FK-Anzeigefeld mit herkömmlichen17 shows the electrode pattern in anodic oxidation in FIGa TN-FK display field with conventional

MIM-Elementen,MIM elements,

Fig. 18 das Elektrodenmuster bei der anodischen Oxidationgemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, '18 shows the electrode pattern in anodic oxidationaccording to a further embodiment of the invention, '

Fig. 19 die Anordnung der MIM-Anordnungen und der BiIdelementelektrodengemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,19 shows the arrangement of the MIM arrays and the picture element electrodesaccording to yet another embodiment of the invention,

Fig. 20 schematisch ein Ersatzschaltbild einer MIM-20 schematically an equivalent circuit diagram of a MIM

Anordnung gemäß der Erfindung,Arrangement according to the invention,

Fig. 21 ein Ersatzschaltbild für ein Bildelement für -c den Fall der Verbindung eines MIM-Elements mit21 shows an equivalent circuit diagram for a picture element for -c in the case of connecting a MIM element to

einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung,a liquid crystal display device,

Fig. 22 die Wellenform für den Fall des VerbindensFig. 22 shows the waveform in the case of connecting

eines MIM-Elements mit einer Flüssigkristall-2Qanzeigevorrichtung und deren Ansteuerungof a MIM element with a liquid crystal 2Qdisplay device and its control

mittels des allgemeinen wechselstromamplitudenselektiven Multiplexverfahrens,by means of the general alternating current amplitude-selective multiplexing method,

Fig. 23 das Verfahren zur Herstellung einer MIM-Anordnung, bei der zwei MIM-Elemente gemäß23 shows the method for producing a MIM arrangement in which two MIM elements according to FIG

noch einer weiteren Ausführungsform dieser Erfindung antiparallel geschaltet sind,yet another embodiment of this invention are connected in anti-parallel,

Fig. 24 den MIM-Bereich bei Antiparallelschaltung5Q zweier MIM-Elemente der Ausführungsform24 shows the MIM area with anti-parallel connection5Q of two MIM elements of the embodiment

gemäß Fig. 23,according to Fig. 23,

Fig. 25 ein Verfahren zur.Herstellung einer MIM-Anordnungund des Leiterteils mit zwei antiparallel geschalteten MIM-Elementen gemäßFig. 25 shows a method of making a MIM deviceand the conductor part with two anti-parallel connected MIM elements according to FIG

noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ,yet another embodiment of the invention,

Fig. 26 eine Schnittansicht der MIM-Anordnung unddes Leiterteils der Ausführungsform nach Fig. 25,26 is a sectional view of the MIM assembly and FIGof the ladder part of the embodiment according to FIG. 25,

Fig. 27 eine andere Ausführungsform der Erfindung,bei der eine andere Form der Bildelementelektrode vorgesehen ist,27 shows another embodiment of the invention,in which a different shape of the picture element electrode is provided,

Fig. 28 das Ersatzschaltbild für den Fall zweier antiparallel an die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungangeschlossener MIM-Elemente gemäß der Erfindung und28 shows the equivalent circuit diagram for the case of two antiparallel to the liquid crystal display deviceconnected MIM elements according to the invention and

Fig. 29 die Strom-Spannungs-Kennlinie bei Verwendungeines MIM-Elements, der Verwendung zweier inGegenrichtung in Reihe geschalteter MIM-Elemente und der Verwendung zweier antiparallelgeschalteter MIM-Elemente.29 shows the current-voltage characteristics when usedof a MIM element, the use of two inOpposite direction of MIM elements connected in series and the use of two anti-parallelswitched MIM elements.

Beispiel 1example 1

Fig. 7a ist eine Draufsicht, Fig. 7b eine Schnittansicht einer Ausführungsform der Erfindung. Wie diese Figurenzeigen, ist ein Glassubstrat 7 mit einem Ta-Og-Dünnfilm8 bedeckt. Auf dem Dünnfilm 8 befindet sich in einer Dicke von 2000 R (0,2 μΐη) ein Ta-Dünnfilm 9 der mit Stickstoffdotiert ist und durch HF-Zerstäubung aufgebrachtFig. 7a is a plan view, Fig. 7b is a sectional view of an embodiment of the invention. Like these charactersis a glass substrate 7 with a Ta-Og thin film8 covered. On the thin film 8 there is a Ta thin film 9 with nitrogen in a thickness of 2000 R (0.2 μm)is doped and applied by HF sputtering

-2-2

wird, wobei der Druck (von Argon und Stickstoff) 10 Torrthe pressure (of argon and nitrogen) being 10 torr

_2
(1/3 χ 10 mbar) und der Prozentsatz der Stickstoffströmungsrate1 % betragen. Nachdem der Ta-Dünnfilm 9in eine feste Form geätzt wurde, wird eine Oxidschicht_2
(1/3 χ 10 mbar) and the percentage of nitrogen flow rate is 1%. After the Ta thin film 9 is etched into a solid shape, it becomes an oxide layer

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32Q112232Q1122

10 hergestellt, und zwar durch anodisches Oxidieren (Anodisieren) bei einer Spannung von 30 V in einer0,01 %-igen Zitronensäurelösung, unnötige Teile der Oxidschicht 10 werden weggeätzt. In einer Dicke von2000 A* (0,2 μπι) wird ein NiCr/Au-Dünnfilm mittels der. Vakuumaufdampftechnik hergestellt. Dieser Film wirdin eine feste Form geätzt und dadurch ein mit einer Gegenelektrode kombinierter Leiterteil 11 hergestellt.Wenn die Anordnung zur Ansteuerung eines Flüssigkristall-Anzeigelements dient, dann wird eine transparente Elektrode12 aus einem NiCr/Au-Dünnfilm vorgesehen. Ergänzend wird der Bereich der MIM-Anordnung (der in Fig. 7aschraffierte Bereich) zu jeweils 1 mm² belassen.10 produced by anodic oxidation (anodizing) at a voltage of 30 V in a 0.01% citric acid solution, unnecessary parts of the oxide layer 10 are etched away. In a thickness of 2000 A * (0.2 μπι) a NiCr / Au thin film by means of. Manufactured using vacuum vapor deposition. This film is etched into a solid shape, thereby producing a conductor part 11 combined with a counter electrode. If the arrangement is used to drive a liquid crystal display element, then a transparent electrode 12 made of a NiCr / Au thin film is provided. In addition, the area of the MIM arrangement (the area hatched in FIG. 7a) is left at 1 mm² each.

Beispiel 2Example 2

Das in Fig. 8a in der Draufsicht und in Fig. 8b im Schnitt gezeigte MIM-Element ist unter den gleichenVoraussetzungen, wie sie beim Beispiel 1 beschrieben wurden, hergestellt.The MIM element shown in plan view in Fig. 8a and in section in Fig. 8b is among the sameConditions as described in Example 1 were established.

Bei den in den Beispielen 1 und 2 hergestelltenMIM-Elementenergeben sich symmetrische Strom-Spannungs-Kennlinien,wie eine in Fig. 9 gezeigt ist. Wenn jedoch die Maske beim fotolithografischen Verfahrensschrittzum Ätzen des mit der Gegenelektrode kombinierten Leiterteils 11 bei der Herstellung des MIM-Elements im Aufbauvon Beispiel 1 nicht richtig ausgerichtet wird, dann sind die Bereiche der beiden MIM-Elemente nicht gleich,und es ergibt sich nicht die symmetrische Strom-Spannungs-Kennlinie von Fig. 9. Beim Aufbau von Beispiel 2 erhältman eine symmetrische Strom-Spannungs-Kennlinie auch wenn die Maskenausrichtung nicht ganz exakt ist. Bezüglichder Unterschiede zwischen den Beispielen 1 und 2undThe MIM elements produced in Examples 1 and 2 result in symmetrical current-voltage characteristics, as shown in FIG. However, if the mask is not properly aligned in the photolithographic process step for etching the conductor part 11 combined with the counter electrode in the manufacture of the MIM element in the structure of Example 1, then the areas of the two MIM elements are not the same and it does not result the symmetrical current-voltage characteristic curve of FIG. 9. When setting up example 2, a symmetrical current-voltage characteristic curve is obtained even if the mask alignment is not entirely exact. Regarding the differences between Examples 1 and 2and

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insbesondere der unterschiedlichen Überlappung der Leiterteile 11 mit dem Ta-Dünnfilm 9 bzw. der Oxidschicht10 wird ausdrücklich auf die Darstellungen der Fig. 7 und 8 verwiesen.in particular the different overlapping of the conductor parts 11 with the Ta thin film 9 or the oxide layer10, express reference is made to the representations of FIGS. 7 and 8.

Wenn eine MIM-Anordnung mit einem Ta-Dünnfilm_f der nichtmit Stickstoff dotiert ist, gebildet wird und durch anodische Oxidation eine Oxidschicht erzeugt wird, dannerhält man eine polaritätsunabhängige symmetrische Stroiti-Spannungs-Kennlin ie.If a MIM arrangement is formed with a Ta thin film_f which is not doped with nitrogen and an oxide layer is produced by anodic oxidation, then a polarity-independent symmetrical Stroiti voltage s characteristic curve is obtained.

Wie aus dem Voranstehenden hervorgeht, ist es gemäß der Erfindung möglich, MIM-Elemente mit entgegengesetzterPolarität mittels eines relativ einfachen Verfahrens in Reihe zu schalten, um auf diese Weise an TN-FK-Anzeigevorrichtungeneine symmetrische Wechselspannung anzulegen, ohne die Treiberspannung asymmetrisch zu machen, wobeidie Lebensdauer der Flüssigkristallanzeigelemente auf einfache Weise verlängert wird.As can be seen from the foregoing, according to the invention it is possible to use MIM elements with oppositeTo connect polarity in series using a relatively simple method, in this way on TN-LC display devicesto apply a symmetrical AC voltage without making the drive voltage asymmetrical, wherebythe life of the liquid crystal display elements is easily extended.

Das Ersatzschaltbild von MIM-Element und Flüssigkristallbildelementin einem TN-FK-Anzeigefeld (siehe Fig. 21) enthält eine Reihenschaltung des MIM-Elements, dargestelltdurch einen nicht-linearen Widerstand R_MIM parallelzu einem KondensatorC.,^..,, mit dem Flüssigkristallbild-The equivalent circuit diagram of the MIM element and liquid crystal picture element in a TN-LC display panel (see FIG. 21) contains a series connection of the MIM element, represented by a non-linear resistor R_{MIM in} parallel with a capacitorC., ^ ..,, with the liquid crystal image

MIMMIM

element/ dargestellt als Widerstand R„_K parallel zueinem Kondensator C . Wenn eine Steuerspannung an diebeiden Enden dieser Reihenschaltung aus MIM-Element und Flüssigkristallbildelement angelegt wird, dann hängt inder Praxis die tatsächlich am Flüssigkristallbildelement anliegende Spannung von der Kombination der KondensatorenC_MTM und Ο-™ ab. Aus Berechnungen folgt, daß, da dieelement / shown as a resistor R "_K parallel to a capacitor C. If a control voltage is applied to the two ends of this series connection of MIM element and liquid crystal_{picture element, then in practice the voltage actually applied to the liquid crystal picture element depends on the combination of the capacitors C MTM} and Ο- ™. It follows from calculations that since the

JYlXM, J? JxJYlXM, J? Jx

Kapazität des Kondensators C_MIM kleiner als die des KondensatorsC„„ ist, der zulässige Bereich für die Auslegungdes HIM-Elements größer wird. Das Verhältnis derThe capacitance of the capacitor C_{MIM is} smaller than that of the capacitor C "", the permissible range for the design of the HIM element is larger. The ratio of

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Kapazitäten der Kondensatoren^c_pk/^Cmtm¹^St kei etwa5 bis 20. Je größer dieser Wert ist, desto besser.Capacities of the capacitors^c_pk /^C mtm¹ ^ St kei about 5 to 20. The larger this value, the better.

Gemäß der Auslegung von Baraff D.R. et al sind die .Flüssigkristallbildelemente in einer Teilung von 1,25 mm vorgesehen, während die Größe der MIM-Elemente 12 ρ χ12 μπι beträgt.According to the interpretation of Baraff D.R. et al are the.Liquid crystal picture elements are provided in a pitch of 1.25 mm, while the size of the MIM elements is 12 ρ χ12 μπι is.

Eine Teilung zwischen 0,3 und 0,5 wird bei Punktmatrixflüssigkristallanzeigefeldem,wie sie in verschiedenen Geräten praktisch im Einsatz sind, meistens verwendet. Bei entsprechender Auslegung besitzt daher das MIM-ElementAbmessungen von 3 bis 5 μπι im Quadrat.A division between 0.3 and 0.5 is used for dot matrix liquid crystal display panels,as they are practically in use in various devices, mostly used. With a corresponding design, the MIM element therefore hasDimensions from 3 to 5 μm square.

Zum Zwecke der Erzielung gleichmäßiger optischer Eigenschaften in allen Teilen eines Flüssigkristallanzeigefeldesmüssen die Eigenschaften der einzelnen MIM-Elemente auf dem Substrat gleich sein. Eine Abmessung von 3 bisμ,ΐη ist aber unter Verwendung des vorhandenen Maskenausrichterskaum zu erzielen, sondern wird nur durch ein Feinmusterverfahren, wie es bei integrierten Schaltungenmit sehr hohem Integrationsgrad eingesetzt wird, erreicht. Um die gewünschte Gleichmäßigkeit der Fläche der einzelnenMIM-Elemente zu erzielen, ist daher eine Maskenausrichtung mit höherer Präzision erforderlich. Versucht man dieGröße eines TN-FK-Anzeigefeldes unter Verwendung von MIM-Elementen zu erhöhen, dann führt eine solche präzisereMaskenausrichtung zu großen Kosten beim Herstellungsverfahren .For the purpose of achieving uniform optical properties in all parts of a liquid crystal display panelthe properties of the individual MIM elements on the substrate must be the same. A dimension from 3 toHowever, μ, ΐη is using the existing mask alignercan hardly be achieved, but only through a fine-tuning process, as is the case with integrated circuitsis used with a very high degree of integration. To achieve the desired evenness of the area of eachIn order to achieve MIM elements, mask alignment with higher precision is therefore required. If you try thatIncreasing the size of a TN-FK display panel using MIM elements will result in such a more precise oneMask alignment at great cost in the manufacturing process.

Zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten sieht die vorliegendeErfindung zwei MIM-Elemente vor, die an ein einziges Bildelement, angeschlossen sind und so aufgebautsind, daß sie in Reihe geschaltet sind, um den Gleichrichtungseffektauszuschließen. Dadurch kann eine symmetri-To avoid these difficulties, the presentInvention two MIM elements, which are connected to a single picture element and so constructedare that they are connected in series to achieve the rectification effectto exclude. This allows a symmetrical

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sehe Strom-Spannungs-Kennlinie erhalten werden. Bei derErfindung wird nur eine geringe Mustergenauigkeit beimFotolithografieprozeß dadurch benötigt, daß man ausnutzt, daß die gleiche Kapazität mit doppelter Flächepro MIM-Element erhalten wird., verglichen mit dem Fallder Verwendung nur eines MIM-Elements. Dies führt zueiner leichten Herstellung eines Matrix-TN-FK-Anzeigefeldes und zu geringen Herstellungskosten.see current-voltage characteristic can be obtained. In theInvention will only have a low pattern accuracy whenPhotolithography process is required by taking advantage of the same capacity with twice the areaper MIM item obtained., compared with the caseusing only one MIM element. this leads toeasy production of a matrix TN-LC display panel and low production costs.

Beispiel 3Example 3

Die Fig. 10a bis 10d sowie 11a bis 11cdienen der Erläuterungeines Beispiels eines Verfahrens zur Herstellung einer MIM-Anordnung und einer Bildelementelektrodegemäß der Erfindung. Die Fig. 10a bis 10d sind Draufsichten, die Fig. 11a bis 11c Schnittansichten.FIGS. 10a to 10d and 11a to 11c serve for explanationan example of a method of manufacturing a MIM device and a picture element electrodeaccording to the invention. FIGS. 10a to 10d are plan views, and FIGS. 11a to 11c are sectional views.

Die MIM-Anordnung wird auf folgende Weise hergestellt.The MIM device is made in the following manner.

Zunächst wird auf einem transparenten Substrat 8 einTa-Dünnfilm oder ein mit Stickstoff dotierter Ta-Dünnfilmausgebildet. Das Substrat 8 kann aus Pyrex- oder tTatronkalkglas bestehen, das mit einem Ta~O,--Filin,einem SiO„-Film oder ähnlichem bedeckt ist. Der Ta-Dünnfilmwird auf dieses Substrat aufgesprüht bzw. aufgestäubt. Danach wird dieser Ta-Dünnfilm in eine gewünschteForm gebracht, um eine Leiterelektrode 9 zu bilden, die anodisch oxidierbar ist.First, a is on a transparent substrate 8Ta thin film or a Ta thin film doped with nitrogeneducated. The substrate 8 can consist of Pyrex or ttatron lime glass, which is coated with a Ta ~ O, - Filin,a SiO "film or the like is covered. The Ta thin filmis sprayed or dusted onto this substrate. After that, this Ta thin film is converted into a desired oneShaped to form a conductor electrode 9 which is anodically oxidizable.

Nachdem dann dieses Substrat in eine Zitronensäurelösung von 0,01 Gewichtsprozent eingetaucht wurde, wird, wiedies in den Fig. 6a und 7a dargestellt ist, durch anodische Oxidation ein Ta-O^-Dünnfilm 10 ausgebildet. Danachwird auf der Oberfläche des Substrats ein metallischer Dünnfilm etwa aus Ta, Ni, Cr, einer Ni-Cr-Legierung,Then, after this substrate has been immersed in a citric acid solution of 0.01 weight percent, howAs shown in Figs. 6a and 7a, a Ta-O ^ thin film 10 is formed by anodic oxidation. Thereaftera metallic thin film of Ta, Ni, Cr, a Ni-Cr alloy, for example, is placed on the surface of the substrate,

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λAl, Ti oder Cu ausgebildet. Dies erfolgt nach einemüblichen Herstellungsverfahren für Dünnfilme wie Aufsprühen oder Vakuumaufdampfen. Der metallische Dünnfilmwird dann gemäß Darstellung in den Fig. 10b und 11bzuλ Al, Ti or Cu formed. This is done according to a conventional manufacturing process for thin films such as spraying or vacuum vapor deposition. The metallic thin film then becomes as shown in Figs. 10b and 11b

ς Leiterelektroden 11 und 11' geformt.ς conductor electrodes 11 and 11 'shaped.

Unnötige Teile der anodischen Oxidationsschicht werdenweggeätzt, so daß das in Fig. 10c gezeigte Muster erhalten wird. Zu diesem Zweck werden die Teile 12, die inIQ Fig. 10b gestrichelt umrandet und schraffiert sind miteinem Resist abgedeckt. Wie die Fig. 10d und 11c zeigen, werden dann transparente Bildelektroden 13 aus In₃O₃,SnO₂, ITO (In₃O₃ + SnO₂) oder einem extrem dünnen Filmaus NiCr/Au, Cr/Au gebildet.Unnecessary parts of the anodic oxidation layer are etched away so that the pattern shown in Fig. 10c is obtained. For this purpose, the parts 12, which are outlined in dashed lines and hatched in IQ FIG. 10b, are covered with a resist. As shown in FIGS. 10d and 11c, transparent picture electrodes 13 are then formed from In₃ O₃ , SnO₂ , ITO (In₃ O₃ + SnO₂ ) or an extremely thin film made of NiCr / Au, Cr / Au.

Beispiel 4Example 4

Auf ein transparentes Substrat 20 (siehe Fig. 12a bis 2« 12d) wird ein Ta-Dünnfilm oder ein mit Stickstoff dotierterTa-Dünnfilm mittels eines Zerstäubungsverfahrens aufgebracht. Danach wird dieser Ta-Dünnfilm in die inFig. 12a gezeigte Form von Leiterelektroden 21 gebracht, auf denen dann durch anodische Oxidation Oxiddünnfilme«c 22 erzeugt werden.A Ta thin film or one doped with nitrogen is placed on a transparent substrate 20 (see FIGS. 12a to 2 «12d)Ta thin film applied by means of a sputtering method. After that, this Ta thin film is inserted into the inFIG. 12a brought the form of conductor electrodes 21, on which then thin oxide films by anodic oxidation«C 22 are produced.

Die unnötigen Teile der Leiterelektroden 21 und des Oxiddünnfilms 22 werden gemäß Fig. 12d weggeätzt. Darauf wirdein metallischer Dünnfilm, wie er beim Beispiel 3 ver-2Qwendet wurde, ausgebildet. Durch Mustergebung werden, wie in Fig. 12c gezeigt, Leiterelektroden 23 und MIM-Anordnungen24 ausgebildet. Schließlich werden gemäß Darstellung in Fig. 12d transparente Bildelementelektroden25 hergestellt.The unnecessary parts of the lead electrodes 21 and the oxide thin film 22 are etched away as shown in FIG. 12d. On it willa metallic thin film as in Example 3 ver-2Qturned, trained. By patterning, as shown in Fig. 12c, lead electrodes 23 and MIM arrays are formed24 trained. Finally, as shown in Fig. 12d, transparent picture element electrodes become25 manufactured.

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ΊBeispiel 5ΊExample 5

Ta-Leiterelektroden für die anodische Oxidation undder Oxidfilm auf ihnen werden in gleicher Weise hergestellt und die .unnötigen Teile in gleicher Weiseweggeätzt, wie beim Beispiel 4. Danach werden Bildelementelektrodenaus einem transparenten leitenden Film wie ITO, In₃O₃ und SnO₂ in Musterform gebracht. Leiterelektrodenund MIM-Anordnungen werden dann mit dem beimBeispiel 3 verwendeten metallischen Dünnfilm hergestellt. Bei Anwendung dieses Verfahrens besitzt der metallischeVerbindungsteil zwischen der MIM-Anordnung und der Bildelektrode eine gute Stufenbedeckung.Ta conductor electrodes for anodic oxidation and the oxide film on them are produced in the same way, and the unnecessary parts are etched away in the same way as in Example 4. Thereafter, picture element electrodes are made of a transparent conductive film such as ITO, In₃ O₃ and SnO₂ brought into pattern form. Conductor electrodes and MIM assemblies are then made with the metallic thin film used in Example 3. When this method is used, the metallic connecting part between the MIM arrangement and the picture electrode has a good step coverage.

Beispiel, 6 ■Example, 6 ■

In ähnlicher Weise wie bei den Beispielen 3 bis 5 .wirdein erster metallischer Dünnfilm in einem bestimmten Muster hergestellt und auf diesem ein anodisch oxidierterFilm 41 ausgebildet, wie dies in Fig. 13a gezeigt ist. Dann wird der transparente leitende Dünnfilm durch Aufsprühenbzw. Aufstäuben bzw. Vakuumaufdampfen ausgebildet. Der transparente leitende Film, der anodisch oxidierteDünnfilm und der erste metallische Dünnfilm werden dann in die in Fig. 13b gezeigte Form geätzt.In a similar manner to Examples 3 to 5 .willa first metallic thin film is produced in a specific pattern and an anodically oxidized one thereonFilm 41 is formed as shown in Fig. 13a. Then the transparent conductive thin film is made by sprayingor sputtering or vacuum vapor deposition. The transparent conductive film that anodizedThin film and the first metallic thin film are then etched into the shape shown in Figure 13b.

Mit dem beim Beispiel 3 verwendeten Metall werden dann gemäß der Darstellung in Fig. 13c Leiterelektroden 43und MIM-Änordnurigen 44 ausgebildet. Bei diesem Verfahren,bei dem als erster metallischer Dünnfilm ein Ta-Dünnfilmverwendet wird, hat die MIM-Anordnung praktisch folgenden Aufbau Ta -^In2°3 ""^Ta2°5 *"^Ta~^2^5 ""In₃O₃ - Ta (-In₃O₃: Bildelementelektrode 42). ImVergleichzu den Beispielen 3 bis 5 entfällt bei diesem Ver-With the metal used in Example 3, conductor electrodes 43 and MIM electrodes 44 are then formed as shown in FIG. 13c. In this method, in which a Ta thin film is used as the first metallic thin film, the MIM device has practically the following structure Ta -^In 2 ° 3 ""^Ta 2 ° 5 * "^Ta~ ^ 2 ^ 5""In₃ O₃ - Ta (-In₃ O₃ : picture element electrode 42). In comparison to Examples 3 to 5, this method does not

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fahren ein fotolithografischer Schritt, wodurch die Kosten des Herstellungsverfahrens geringer werden.drive a photolithographic step, which reduces the cost of the manufacturing process.

Beispiel 7Example 7

Ein In-O- und ein Ta-Dünnfilm werden in dieserfolge auf einem transparenten Substrat 50 ausgebildet (siehe Fig. 14a und 14b). Nachdem im Muster der Leiterelektroden51 für die anodische Oxidation und der Bildelementelektroden 52 ein Resist aufgebracht wurde,' wird der Ta-Dünnfilm mittels Plasmaätzens mit CF.-Gasabgezogen. Dann wird der In-O^-Dünnfilm in erwärmter10 %-iger Salzsäure geätzt, wie in Fig. 14a gezeigt. Nach Entfernen des Resists wird der Ta-Dünnfilm in 0,01 gewichtsprozentigerZitronensäurelösung anodisch oxidiert. Hierbei wird der Ta-Dünnfilm auf der Bildelementelektrode52 nicht anodisch oxidiert, da dieser Teil nicht leitend ist.In-O and Ta thin films are made in thissequence is formed on a transparent substrate 50 (see Figs. 14a and 14b). After in the pattern of the conductor electrodes51 a resist was applied for the anodic oxidation and the picture element electrodes 52,The Ta thin film is made by plasma etching with CF. gasdeducted. Then the In-O ^ thin film is heated inEtched 10% hydrochloric acid as shown in Figure 14a. After removing the resist, the Ta thin film becomes 0.01% by weightCitric acid solution anodically oxidized. Here, the Ta thin film becomes on the picture element electrode52 is not anodically oxidized as this part is not conductive.

Nachdem im Muster der schraffierten Teile 53 vonFig. 14b ein Resist aufgebracht wurde, wird eine Plasmaätzung mit CF.-Gas durchgeführt. Hierbei ist die Dickedes Ta-Og-Dünnfilms auf den Leiterelektroden 51 sehrdünn, nämlich einige 100 Ä (10 nm). Die Ätzgeschwindigkeit ist aber beim Ta₂O₅-Dünnfilm geringer als beimTa-Dünnfilm (Verhältnis etwa 1:3). Wenn folglich die Leiterelektroden 51 für die anodische Oxidation durchdas Ätzen abgezogen werden sollten, ist der Ta-Dünnfilm auf den Bildelementelektroden 52 weggeätzt/ währenddie Leiterelektroden 51 immer noch vorhanden sind, so daß der In^Og-Dunnfilm dem Plasma ausgesetzt wird. DerIn-O--Dünnfilm wird .jedoch nicht weggeätzt, da seineÄtzgeschwindigkeit im Plasma mit CF.-Gas gering ist. NachEntfernen des Resists wird mittels eines Aufsprüh- oderAfter a resist has been applied in the pattern of the hatched parts 53 of FIG. 14b, plasma etching with CF. gas is carried out. Here, the thickness of the Ta-Og thin film on the conductor electrodes 51 is very thin, namely several 100 Å (10 nm). However, the etching speed is slower for the Ta₂ O₅ thin film than for the Ta thin film (ratio about 1: 3). Thus, if the lead electrodes 51 for anodic oxidation should be peeled off by the etching, the Ta thin film on the picture element electrodes 52 is etched away / while the lead electrodes 51 are still present, so that the In ^ Og thin film is exposed to the plasma. The In-O thin film is, however, not etched away because its etching speed in the plasma with CF. gas is slow. After removing the resist, a spray or

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Zerstäubungsverfahrens ein Ta-Dünnfilm erzeugt undwie beim Beispiel 6 zu einem Muster geformt. Auf diese Weise werden die Leiterelektroden und die MIM-Anordnungenausgebildet.Sputtering process produces a Ta thin film andshaped into a pattern as in example 6. In this way, the lead electrodes and the MIM assemblieseducated.

Auch dieses Verfahren hat im Vergleich zu den Beispielen3 bis 5 den Vorteil, daß ein fotolithografischer Schritt entfällt.This method also has in comparison to the examples3 to 5 have the advantage that a photolithographic step is omitted.

Beispiel 8Example 8

Wie in den Fig.· 15 und 16 gezeigt, wird mittels einesAufsprüh- oder Zerstäubungsverfahrens auf einem transparentenSubstrat 60 ein Ta-Dünnfilm 62 ausgebildet. Dann wird die Leiterelektrode 61 für die anodischeOxidation in Form eines Musters ähnlich einem Netzwerk erzeugt. Eine Elektrode 63, die bei der anodischenOxidation die Verbindung mit einer Stromquelle herstellt, wird in der in Fig. 16 gezeigten Form ausgebildet, umleicht mit der Stromquelle verbunden zu werden. Beim herkömmlichen System sind die Leiterelektrode 64 fürdie anodische Oxidation und die Elektrode für den Anschlußan eine Stromquelle 65 gemäß Darstellung in Fig. 17 für die einzelnen Zeilen unabhängig voneinander-Daherbewirkt ein Fehler einer Einspannvorrichtung zum Anschluß der Stromquelle einen Kontaktfehler eines Teileseiner Leitung oder Zeile mit dem Ergebnis, daß hier keine anodische Oxidation auftritt. Oder es tritt keineOxidation wegen der Unterbrechung der Leiterelektrode 64 für die anodische Oxidation auf. Beim erfindungsgemäßgenVerfahren kann eine einfache und sichere Spannvorrichtung für die .Kontaktgabe mit einer Stromquelleverwendet werden. Beispielsweise kann eine Klammer als Einspannvorrichtung dienen. Selbst wenn ein Teil der·As shown in Figs. 15 and 16, aSpray or atomization process on a transparentSubstrate 60, a Ta thin film 62 is formed. Then the lead electrode 61 for the anodicOxidation is generated in the form of a pattern similar to a network. An electrode 63, which is used in the anodicOxidation connecting to a power source is formed into the form shown in FIG. 16easy to connect to the power source. In the conventional system, the lead electrodes 64 are forthe anodic oxidation and the electrode for the connectionto a current source 65 as shown in FIG. 17 for the individual rows independently of one another-thereforea failure of a jig for connecting the power source causes a contact failure of a parta line or line with the result that no anodic oxidation occurs here. Or there is noneOxidation occurs due to the interruption of the lead electrode 64 for anodic oxidation. When according to the inventionProcedure can be a simple and safe jig for making contact with a power sourcebe used. For example, a clamp can serve as a clamping device. Even if part of the

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Leiterelektrode 61 für die anodische Oxidation unterbrochen ist, wird der Teil, in dem die MIM-Anordnunggebildet wird (62 in Fig. 15) anodisch oxidiert, sofern dieser Teil 62 unbeschädigt ist. Als Folge davon wirddas Auftreten von Fehlern bei der anodischen Oxidation erheblich vermindert.Conductor electrode 61 for anodic oxidation is interrupted, becomes the part in which the MIM arrangementis formed (62 in Fig. 15) anodically oxidized, provided that this part 62 is undamaged. As a result of this willthe occurrence of errors in the anodic oxidation is significantly reduced.

Beispiel 9Example 9

Dieses Beispiel ist eine Weiterbildung des Beispiels 8. Wie in Fig. 18 gezeigt, wird der Ta-Dünnfilm auf dergesamten Oberfläche des Teils 71 belassen, ausgenommen die Teile 70, bei denen die MIM-Anordnungen ausgebildetwerden. Nach diesem Verfahren kann die Fehlerrate bei der anodischen Oxidation so weit reduziert werden, daßFehler außer an den Teilen 70, an denen die MIM-Anordnungen gebildet werden, praktisch nicht auftreten.This example is a development of Example 8. As shown in FIG. 18, the Ta thin film is formed on theLeave the entire surface of the part 71, except for the parts 70 where the MIM arrays are formedwill. According to this method, the error rate in the anodic oxidation can be reduced to such an extent thatErrors except in the parts 70 where the MIM arrays are formed practically do not occur.

Beispiel 10Example 10

MIM-Anordnungen 80 und Bildelementelektroden 81, dienach dem oben erwähnten Verfahren hergestellt wurden, werden gemäß Fig. 19 auf einem transparenten Substrat82 angeordnet. Dann wird ein Gegensubstrat, das mit streifenförmigen transparenten Elektroden versehen ist,so angeordnet, daß die MIM-Anordnungen 80 und die Bildelementelektroden81 mit den streifenförmigen transparentenElektroden des GegenSubstrats eine Matrixbilden. Aus dem transparenten Substrat 82 und dem Gegensubstrat wird eine Zelle gebildet, in der Flüssigkristalleingeschlossen wird* Auf diese Weise wird das Matrix-TN-FK-Anzeigefeldhergestellt.MIM arrays 80 and picture element electrodes 81, theaccording to the above-mentioned method are shown in FIG. 19 on a transparent substrate82 arranged. Then a counter substrate, which is provided with strip-shaped transparent electrodes,arranged so that the MIM arrays 80 and the picture element electrodes81 with the strip-shaped transparentElectrodes of the counter substrate a matrixform. A cell is formed from the transparent substrate 82 and the counter substrate, in which liquid crystalis included * This is how the Matrix TN-FK display panelmanufactured.

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MIM-Anordnungen werden an den Stellen gebildet, an denenobere Elektroden 83 und 83' über einer unteren Elektrode 82' liegen. Das Ersatzschaltbild für eine solche MIM-Anordnungkann man sich gemäß der Darstellung von Fig.MIM arrangements are formed whereupper electrodes 83 and 83 'overlie a lower electrode 82'. The equivalent circuit diagram for such a MIM arrangementcan be seen as shown in Fig.

20a vorstellen. Es enthält die Reihenschaltung zweierjeweils aus einem Kondensator 84 bzw. 84' und einem nicht-linearen Widerstand 85 bzw. 85' bestehender Parallelschaltungen.Von der Funktion her gesehen, kann die MIM-Anordnung durch das Ersatzschaltbild von Fig. 20bdargestellt werden, das heißt durch eine Parallelschaltung eines Kondensators 86 mit einem bidirektionalennicht-linearen Widerstand 87.20a introduce. It contains the series connection of twoeach of a capacitor 84 or 84 'and a non-linear resistor 85 or 85' existing parallel circuits.From a functional point of view, the MIM arrangement can be represented by the equivalent circuit diagram of FIG. 20bare represented, that is, by a parallel connection of a capacitor 86 with a bidirectionalnon-linear resistance 87.

Das Verhalten dieser MIM-Anordnung wird von seiner Kapazität und seinem Widerstand bestimmt. Das heißt dasVerhalten wird von der Dicke der anodischen Oxidschicht,der Qualität des Oxids und der Flächenausdehnung der Anordnung beeinflußt. Da die untere Elektrode 82 · unddie oberen Elektroden 83 und 83' sowie die Bildelement—elektrode 81 zumindest ohne Einschränkungen bezüglich deren Mustergebung hergestellt werden können, solltensie so ausgelegt werden, daß sie zu einem guten Anzeigevermögen des TN-FK-Anzeigefeldes beitragen.The behavior of this MIM arrangement is determined by its capacitance and its resistance. That means thatBehavior depends on the thickness of the anodic oxide layer,the quality of the oxide and the area of the arrangement influenced. Since the lower electrode 82 · andthe upper electrodes 83 and 83 'as well as the picture element-Electrode 81 can be manufactured at least without restrictions with regard to their patterning, shouldthey are designed so that they contribute to a good display capability of the TN-FK display panel.

Bei der Mustergebung der MIM-Anordnung ist eine fotolithografischeFeinmustertechnik in der Größenordnung von etwa einigen μπι bis 10\imerforderlich. Darüberhinauswird die Flachheit des verwendeten transparenten Substrats zu einem wesentlichen Faktor. Hinsichtlich der Substratflachheitund der Kosten des Substrats ist gegenwärtig Floatglas aus Natronkalk günstig, in diesem Fall mußdas Substrat mit einer transparenten dünnen Schicht aus SiO^, Si-N., Ta-Ος und TiO~ als Passivierungsschichtdes Natrongehalts und ähnliches überzogen werden. Wird diese transparente dünne Schicht so ausgebildet, daß sieIn the patterning of the MIM device, a photolithographic fine patterning technique is in the order of about several to 10 μπι\ in required. In addition, the flatness of the transparent substrate used becomes an important factor. With regard to the flatness of the substrate and the cost of the substrate, float glass made of soda lime is currently favorable, in this case the substrate must be coated with a transparent thin layer of SiO ^, Si-N., Ta-Ος and TiO ~ as a passivation layer of the sodium content and the like. This transparent thin layer is formed so that it

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die MIM-Anordnungen 80 und die Bildelementelektroden 81bedeckt, dann wirkt sie nicht nur als Passivierungsschicht, sondern auch als Gleichstromsperrschicht beider Ansteuerung des Matrix-TN-FK-Anzeigefeldes und alsSchutzschicht zur Verhinderung einer mechanischen Beschädigung der MIM-Anordnungen für den Fall des Einsatzeseines Reibeprozesses für die Ausrichtung des Flüssigkristalls. Das Reiben des Substrats macht dieAusrichtung des Flüssigkristall bei einem TN-FK-Anzeigefeldmöglich.the MIM arrays 80 and the picture element electrodes 81covered, then it acts not only as a passivation layer, but also as a DC blocking layerthe control of the matrix TN-FK display field and asProtective layer to prevent mechanical damage to the MIM arrangements in the event of usea rubbing process for aligning the liquid crystal. Rubbing the substrate does thatAlignment of the liquid crystal in a TN-LC display panelpossible.

Es sind zwei weitere Verfahren möglich, um auf sehr verläßliche Weise eine Ausrichtung des Flüssigkristallszu erreichen, nämlich das Schrägaufdampfen zur Bildung einer Ausrichtung eines anorganischen Materials, wie SiOTwo other methods are possible to very reliably align the liquid crystalto achieve, namely oblique vapor deposition to form an alignment of an inorganic material such as SiO

und das Reiben einer Ausrichtungsschicht, die aus einer organischen Verbindung wie Polyimid, einer organischenSilanverbindung oder Fluorregin besteht. Alle Arten von Flüssigkristallen, die üblicherweise bei TN-FK-Anzeigefelderneingesetzt werden können, können auch bei dem TN-FK-Anzeigefeld mit MIM-Anordnungen verwendet werden.So gibt es beispielsweise eine Verbindung von Flüssigkristallen, deren Hauptbestandteil Azoxy, Ester, Biphenyl,Phenyl-Cyclohexan, Pyrimidin, Dioxan, Cyclohexan-Carboxylsäureesteroder ähnliches enthält.and rubbing an alignment layer made of an organic compound such as polyimide, an organic oneSilane compound or fluorine regine. All types of liquid crystals commonly used in TN-LC display panelscan also be used with the TN-FK display panel with MIM arrangements.For example, there is a compound of liquid crystals, the main component of which is azoxy, ester, biphenyl,Phenyl-cyclohexane, pyrimidine, dioxane, cyclohexane-carboxylic acid estersor the like.

Je größer die Kapazität des Flüssigkristalls ist, desto größer ist der mögliche dynamische Bereich. Ein Flüssigkristall,dessen dielektrische Anisotropie, das heißt die Differenz zwischen den dielektrischen Konstanten inzueinander senkrechten Richtungen positiv und relativ groß ist, kann bei geringer Spannung betrieben werden.Daher eignet sich ein Flüssigkristall mit großer Dielektrizitätskonstante und großer dielektrischer Ahisotropiebesser für die Kombination mit MIM-Elementen. Es istThe greater the capacity of the liquid crystal, the greater the possible dynamic range. A liquid crystal,its dielectric anisotropy, i.e. the difference between the dielectric constants inmutually perpendicular directions is positive and relatively large, can be operated at low voltage.Therefore, a liquid crystal having a large dielectric constant and a large dielectric isotropy is suitablebetter for the combination with MIM elements. It is

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nebenbei aus dem gleichen Grund möglich, dadurch eine große Kapazität im Flüssigkristall zu gewinnen und mitniedriger Spannung zu arbeiten, daß der Zellenspalt dünn gemacht wird.incidentally, for the same reason, it is possible to gain a large capacity in the liquid crystal and withto work low voltage that the cell gap is made thin.

Beispiel 11Example 11

Gemäß dem Verfahren von Beispiel 4 wird auf einem Pyrexglassubstratdurch Zerstäuben bzw. Aufsprühen ein Ta-Dünnfilm in einer Dicke von 2000 A* (0,2 um) hergestellt.Nach Formen dieses Ta-Dünnfilms zu einem Muster findeteine anodische Oxidation bei einer Spannung von 20 V statt, wobei Platin als Kathode in einer 0,01 gewichtsprozentigenZitronensäurelösung verwendet wird. Nach Entfernen des unnötigen Teils wird in einer Dicke von2000 S (0,2 μπι) ein Ta-HDünnfilm durch Aufsprühen bzw.Zerstäuben hergestellt und wiederum zu einem Muster geformt, so daß ein MIM-Element hergestellt wird. Es ergebensich zwei MIM-Elemente, deren Abmessung 10 μπι im Quadratbeträgt. Unter Verwendung von ITO in einer Dicke von 600 A (60 nm) wird durch ein Mustergebungsverfahren eineBildelementelektrode in den Abmessungen 0,39 χ 0,35 mmausgebildet. Es wird ein TN-FK-Anzeigefeld mit einemSpalt von 8 um hergestellt, das mit Hilfe von Polyimidharzund Reiben zum Zwecke der Ausrichtung der Flüssigkristallmolekülebehandelt wird. Nachfolgend wird ein Flüssigkristall mit den Werten Vth = 1,5 V_eff und V_sat =2,05 V~cin dem Anzeigefeld eingeschlossen. Man'kannim Bereich von 13,8 bis 16,5 V der Einschaltwellenfom einen Bildkontrast erhalten, bei dem das eingeschalteteBildelement über 90 % und das abgeschaltete Bildelement unter 10 % liegt, wenn das erwähnte TN-FK-Anzeigefeldmittels einer Spannurigsmittelwerteinrichtung betrieben wird, deren Tastverhältnis 1/200 beträgt und der Vor-According to the method of Example 4, a Ta thin film of 2000 Å * (0.2 µm) thick is formed on a Pyrex glass substrate by sputtering. After this Ta thin film is formed into a pattern, anodic oxidation takes place at a voltage of 20 V using platinum as a cathode in a 0.01% by weight citric acid solution. After removing the unnecessary part, a Ta-H thin film is produced in a thickness of 2000 S (0.2 μm) by spraying on or atomizing and is again shaped into a pattern so that a MIM element is produced. There are two MIM elements, the dimensions of which are 10 μm square. Using ITO in a thickness of 600 Å (60 nm), a picture element electrode 0.39 0.35 mm is formed by a patterning method. A TN-LC display panel with a gap of 8 µm is manufactured, which is treated with the aid of polyimide resin and rubbing for the purpose of aligning the liquid crystal molecules. A liquid crystal with the values Vth = 1.5 V_eff and V_sat = 2.05 V~ c is then enclosed in the display panel. An image contrast can be obtained in the range from 13.8 to 16.5 V of the switch-on waveform in which the switched-on picture element is above 90% and the switched-off picture element is below 10%, if the aforementioned TN-LC display panel is operated by means of a voltage mean value device whose duty cycle is 1/200 and the pre

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spannungspegel V-5V ist.voltage level is V-5V.

Dagegen beobachtet man im Bereich von 7,5 bis 10 V zwischen Einschaltzustand und Ausschaltzustand eineKontrastdifferenz von. unter 10 %, wenn ein herkömmliches TN-FK-Anzeigefeld ohne MIM-Elemente mit derselben Steuerspannungsformbetrieben wird.On the other hand, in the range from 7.5 to 10 V between the switched-on state and the switched-off state, aContrast difference of. below 10% if a conventional TN-FK display panel without MIM elements with the same control voltage formis operated.

Abweichend von der voranstehenden Beschreibung der Bei-•JOspiele können im Rahmen der Erfindung als Metallelektrode der MIM-Elemente verschiedene Materialien wie Al, Nb, Ti,Si oder diese Materialien dotiert mit Stickstoff verwendet werden.Deviating from the above description of the • JOIn the context of the invention, various materials such as Al, Nb, Ti,Si or these materials doped with nitrogen can be used.

Es sei nun zunächst noch einmal näher auf das. MIM-Elementeingegangen. Seine Strom-Spannungs-Kennlinie, die in Fig. 6 gezeigt ist, ist, wie schon erwähnt, nicht-linear.Dies beruht auf einem elektrischen Strom aufgrund eines Tunneleffekts, des Schottky-Effekts oder des Poole-Frenkel-Effekts.Die Oxide von Al, Ta, Nb, Ti, Si und so weiter, die Oxide dieser Metalle dotiert mit Stickstoff,anorganisches Material wie Chalkogenidglas und so weiter oder ein organischer Dünnfilm können als Isolatorverwendet werden.Let us now first come back to the. MIM elementreceived. Its current-voltage characteristic, which is shown in FIG. 6, is, as already mentioned, non-linear.This is based on an electric current due to a tunnel effect, the Schottky effect or the Poole-Frenkel effect.The oxides of Al, Ta, Nb, Ti, Si and so on, the oxides of these metals doped with nitrogen,inorganic material such as chalcogenide glass and so on or an organic thin film can act as an insulatorbe used.

Wenn das erwähnte Metalloxid als Isolator des MIM-Elementsverwendet wird, dann beeinflußt die Dicke der Oxidschicht den Leitungsmechanismus. Es ist bekannt,daß der Tunneleffekt insbesondere im Bereich von 50 bis 100 S (5 bis 10 nm) und der Schottky-Effekt sowie derPoole-Frenkel-Effekt insbesondere im Bereich von 100bis 1000 8. (10 bis 100 nm) auftreten. Was die Verbindungzwischen der Flüssigkristallanzeigevorrichtung und der MIM-Anordnung betrifft, die ein Teil der vorliegendenErfindung ist, so ist es günstig, den Bereich,If the mentioned metal oxide as an insulator of the MIM elementis used, the thickness of the oxide layer affects the conduction mechanism. It is known,that the tunnel effect in particular in the range from 50 to 100 S (5 to 10 nm) and the Schottky effect and thePoole-Frenkel effect, especially in the region of 100up to 1000 8. (10 to 100 nm) occur. What the connectionbetween the liquid crystal display device and the MIM device which is part of the present inventionInvention, so it is favorable to

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in dem der Poole-Frenkel-Effekt auftritt, im Bezug zumAnsteuerungsverfahren für den Flüssigkristall zu verwenden. In diesem Bereich wird die Strom-Spannungs-Kennliniedurch den schon eingangs als Gleichung (1) wiedergegebenen Poole-Frenkel-Ausdruck beschrieben.in which the Poole-Frenkel effect occurs, in relation to theTo use driving method for the liquid crystal. The current-voltage characteristic is in this areais described by the Poole-Frenkel expression given at the beginning as equation (1).

Wenn die Flüssigkristallanzeigevorrichtung mit MIM-Elementen'mitdem allgemeinen wechselstromamplitudenselektiven Multiplexverfahren angesteuert wird, welchesnormalerweise zur Matrixansteuerung von Flüssigkristallanzeigevorrichtungen verwendet wird, dann wird dasVerhältnis von Einschalteffektivspannung zu Ausschalt- · effektivspannung, die tatsächlich am Flüssigkristall anliegen,infolge der Nicht-Linearität der MIM-Elementegrößer als das entsprechende Verhältnis der Einschalteffektivspannungzur Ausschalteffektivspannung der erwähnten Multiplexansteuerung selbst. Daher kann eineMatrix mit vielen Zeilen angesteuert werden. Wenn ein MIM-Element mit einer Flüssigkristallanzeigevorrichtungverbunden wird, dann sind, wie dies durch das Ersatzschaltbild für ein Bildelement in Fig. 21 dargestelltist, das MIM-Element 100 mit der Parallelschaltung aus dem Kondensator C _„ und dem nicht-linearen WiderstandR_MTM und der Flüssigkristall 200 mit dem KondensatorC und dem Widerstand R^ in Reihe geschaltet.If the liquid crystal display device with MIM elements is driven with the general AC amplitude-selective multiplexing method, which is normally used for matrix driving of liquid crystal display devices, then the ratio of turn-on effective voltage to turn-off effective voltage, which is actually applied to the liquid crystal, is due to the non-linearity of the MIM -Elements greater than the corresponding ratio of the turn-on effective voltage to the turn-off effective voltage of the mentioned multiplex control itself. Therefore, a matrix with many rows can be controlled. When a MIM element is connected to a liquid crystal display device, as shown by the equivalent circuit diagram for a picture element in FIG_MTM and the liquid crystal 200 with the capacitor C and the resistor R ^ connected in series.

Bei diesem MIM-Element tritt jedoch - wie bereits erwähnt - eine·unterschiedliche Strom-Spannungs-Kennlinieauf, ein Unterschied, der schwer völlig zu entfernen ist.However, as already mentioned, this MIM element has a different current-voltage characteristicon, a difference that is difficult to completely remove.

Wenn ein MIM-Element mit einer solchen Gleichrichtungswirkungmit einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung verbunden wird, wenn beispielsweise ein MIM-Element miteiner Strom-Spannungs-Kennlinie gemäß Fig. 22 mit einerFlüssigkristallanzeigevorrichtung verbunden wird und mittels des schon erwähnten allgemeinen wechselstrom-If a MIM element with such a rectifying effectis connected to a liquid crystal display device when, for example, a MIM element witha current-voltage characteristic curve according to FIG. 22 with aLiquid crystal display device is connected and by means of the already mentioned general alternating current

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amplitudenselektiven Multiplexverfahrens mit 1/5 Vorspannungangesteuert wird, dann tritt bei der tatsächlich am Flüssigkristall anliegenden Spannung infolgeder Gleichrichtung durch die Strom-Spannungs-Kennlinie des MIM-Elements (Teile A und B in Fig. 22) mit derPolarität ein Unterschied auf. Am Flüssigkristall liegen daher überlagert eine Wechselspannung und eine Gleichspannungan.amplitude-selective multiplex method with 1/5 biasis driven, then occurs at the voltage actually applied to the liquid crystal as a resultthe rectification by the current-voltage characteristic of the MIM element (parts A and B in Fig. 22) with thePolarity make a difference. An alternating voltage and a direct voltage are therefore superimposed on the liquid crystalat.

Wenn Flüssigkristalle mit Gleichspannung angesteuertwerden, dann treten starke elektrochemische Reaktionen des Flüssigkristalls selbst und der in ihm eingeschlossenenVerunreinigungen auf. Dies ist unerwünscht, da hierdurch die Lebensdauer der Flüssigkristallanzeigevorrichtungverkürzt wird.When liquid crystals are driven with DC voltagethen strong electrochemical reactions of the liquid crystal itself and those enclosed in it occurImpurities. This is undesirable because it increases the life of the liquid crystal display deviceis shortened.

Zur Lösung dieses schon eingangs erläuterten Problems sehen die nachfolgenden Ausführungsformen der Erfindungvor, daß zwei zum Zwecke der Vermeidung der Gleichrichtung parallel geschaltete MIM-Elemente mit der Flüssigkristallanzeigevorrichtungin Reihe geschaltet werden. Hierzu folgen einige Beispiele.The following embodiments of the invention provide a solution to this problem already explained at the beginningproposed that two MIM elements connected in parallel with the liquid crystal display device for the purpose of avoiding rectificationcan be connected in series. Here are a few examples.

Beispiel 12Example 12

Eine transparente leitende Schicht aus ITO₂₃SnO₂) wird auf einem Pyrexsubstrat 140 ausgebildet und zu Bildelementelektroden 141 geätzt, wie in Fig. 23agezeigt.A transparent conductive layer of ITO_{23 (} SnO₂ ) is formed on a Pyrex substrate 140 and etched into picture element electrodes 141 as shown in Fig. 23a.

Dann wird auf die Bildelementelektroden 141 ein Ta-Dünnfilmaufgesprüht und- in die durch eine Schrägschraffur. in Fig. 23b gezeigte Form gebracht. Danach wird auf seinerOberfläche durch anodische Oxidation des Ta-Dünnfilms inThen, a Ta thin film is formed on the picture element electrodes 141sprayed on and- in by diagonal hatching. brought the shape shown in Fig. 23b. After that, on hisSurface by anodic oxidation of the Ta thin film in

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einer 0,01 gewichtsprozentigen Zitronensäurelösung eine Oxidschicht hergestellt.a 0.01 weight percent citric acid solution produced an oxide layer.

Als nächstes werden Teile 142a und 142b,an denen MIM-Elementeausgebildet werden sollen, sowie ein Leiterteil 143 durch Fotoätzen aus dem anodisch oxidierten Filmund dem nicht verwendeten Teil des Ta-Dünnfilms gebildet und eine Wärmebehandlung bei 250⁰C an Luft während einerStunde durchgeführt. Ferner werden die MIM-Elemente 144aund 144b und der Leiterteil^143' durch Aufdampfen undFotoätzen eines Cr-Au-Dünnfilms ausgebildet. Die relativeLage der MIM-Elemente 144a und 144b, der Bildelementelektrode141 und der Leiterteile 143 und 143' im Bereich • der MIM-Elemente ist in Fig. 24 gezeigt.Next, parts 142a and 142b where MIM elements are to be formed and a conductor part 143 are formed from the anodized film and the unused part of the Ta thin film by photo-etching, and heat treatment at 250^° C. in air for one hour carried out. Further, the MIM elements 144a and 144b and the conductor part ^ 143 'are formed by evaporation and photo-etching of a Cr-Au thin film. The relative position of the MIM elements 144a and 144b, the picture element electrode 141 and the conductor parts 143 and 143 'in the area of the MIM elements is shown in FIG.

Der Flüssigkristall wird durch Beschichten und Backen des Substrats 140, auf dem sich die MIM-Elemente befindenund des entgegengesetzten und mit transparenten Streifenelektroden versehenen Substrats mit Polyamidund durch Reiben dieses Polyimide mit einem Baumwolltuchausgerichtet. Die Flüssigkristallmoleküle zwischen den Oberflächen der beiden Substrate sind um einen Winkelvon nahezu 90° verdreht. Die beiden Substrate werden miteinander verbunden, wobei ein Spalt von 5 bis 20 μπιbleibt, in dem der Flüssigkristall eingeschlossen ist.The liquid crystal is made by coating and baking the substrate 140 on which the MIM elements are locatedand the opposite substrate provided with transparent strip electrodes with polyamideand by rubbing this polyimide with a cotton clothaligned. The liquid crystal molecules between the surfaces of the two substrates are at an angletwisted by almost 90 °. The two substrates are connected to one another, with a gap of 5 to 20 μmremains in which the liquid crystal is enclosed.

Dann werden mit der Außenseite der beiden Substrate zwei Polarisatoren verbunden, deren Polarisationsachsen mit. der jeweiligen Achse der Ausrichtung der Flüssigkristallmolekülezusammenfallen.Then two polarizers are connected to the outside of the two substrates, their polarization axes with. the respective axis of alignment of the liquid crystal moleculescoincide.

Beispiel 13Example 13

Auf gleiche Weise wie beim Beispiel 12 werden die BiIdelementelektroden161 auf einem transparenten SubstratIn the same way as in Example 12, the picture element electrodes161 on a transparent substrate

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160 ausgebildet. Nach Aufsprühen des Ta-Dünnfilms wirddieser in die in Fig. 25a gezeigte Form gebracht und anodisch oxidiert.160 trained. After spraying the Ta thin film,this brought into the shape shown in Fig. 25a and anodically oxidized.

Dann wird durch Foto'ätzen des nicht benutzten Teiles derLeiterteil 163 gebildet, nachdem die Teile 162a und 162b, an denen dio MIM-Elemente gebildet werden sollen, miteinem Fotoresist geschützt wurden (siehe Fig. 25b bis 25c) Die erste Ta-Schicht liegt dann im Bereich 164, der inFig. 25c mit dicker ausgezogener Linie gezeichnet ist, an der Seite frei. Es ist wünschenswert, eine Ätzungdurchzuführen, so daß das Ätzmuster schräge Seiten bekommt. Als nächstes wird der Cr-Au-Dünnfilm der zweitenMetallschicht aufgedampft. Der Leiterteil 165 und die MIM-Elemente 166a und 166b werden durch Fotoätzen diesesCr-Au-Dünnfilms hergestellt, wobei der an der Seite freiliegende Teil 164 des Leiterteils 163 aus der erstenTa-Schicht gemäß Darstellung in Fig. 25d mit dem Cr-Au-Dünnf ilm bedeckt wird. Fig. 26 zeigt eine Schnittansichtvon Fig. 25d längs der Schnittlinie I-I.Then by photo-etching the unused part of theConductor part 163 formed after the parts 162a and 162b on which the MIM elements are to be formed witha photoresist were protected (see FIGS. 25b to 25c) The first Ta layer is then in the area 164, which inFig. 25c is drawn with a thick solid line, free on the side. It is desirable to have an etchcarry out so that the etched pattern gets sloping sides. Next, the Cr-Au thin film becomes the secondMetal layer vapor-deposited. The conductor part 165 and the MIM elements 166a and 166b are photoetched therefromCr-Au thin film is made with the side exposed portion 164 of the conductor portion 163 from the firstTa layer as shown in Fig. 25d is covered with the Cr-Au thin film. Fig. 26 shows a sectional viewof Fig. 25d along the section line I-I.

Durch Bilden dieses Aufbaus ist es möglich, den Leiterteilder ersten Metallschicht mit dem der zweiten Metallschicht elektrisch in Kontakt zu bringen. Auf dieseWeise kann der Unterschied der Zuleitungswiderstände für die Leiterteile 163 und 164 zu den MIM-Elementen 166aund 166b, der vom Material und der Schichtdicke herrührt, ausgeschaltet werden. Ferner kann, wenn zwei MIIl-Elementeantiparallel geschaltet werden, der Gleichrichtungseffekt aufgrund ihrer Strom-Spannungs-Kennlinie minimal gemachtwerden.By forming this structure, it is possible to make the ladder partto bring the first metal layer into electrical contact with that of the second metal layer. To thisThe difference in the lead resistances for the conductor parts 163 and 164 to the MIM elements 166aand 166b, which results from the material and the layer thickness, can be switched off. Furthermore, if two MIIl elementsare connected in antiparallel, the rectification effect is minimized due to their current-voltage characteristicwill.

Die letzterläuterte Ausführungsform der Erfindung ist nicht auf die beiden zuletzt qenannten Beispiele beschränkt.Auch bei ihnen ist es vielmehr möglich, an-The last-explained embodiment of the invention is not restricted to the two last-mentioned examples.Rather, it is also possible for them to

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stelle von Pyrexglas Natronkalkglas zu verwenden, welches im Hinblick auf Flachheit, Kosten etc. günstig ist. ImFall der Verwendung eines Natronkalkglassubstrats ist eine Passivierungsschicht erforderlich, die verhindernsoll, daß Alkalikomponenten geschmolzen werden. Als erste Metallschicht können verschiedene Arten vonMetallen wie Al, Nb, Ti, Mo, Hf anstelle von Ta oder auch diese Metalle dotiert mit Stickstoff, Kohlenstoffund Wasserstoff verwendet werden. Eine durch anodische Oxidation erhaltene Oxidschicht dieser Metalle kann alsIsolierschicht dienen.Instead of Pyrex glass, use soda-lime glass, which is cheap in terms of flatness, costs, etc. in theIn the case of using a soda-lime glass substrate, a passivation layer is required to prevent itis intended to melt alkali components. As the first metal layer, various types ofMetals like Al, Nb, Ti, Mo, Hf instead of Ta or these metals doped with nitrogen, carbonand hydrogen can be used. An oxide layer of these metals obtained by anodic oxidation can be used asServe insulating layer.

Grundsätzlich können alle leitenden Materialen als Gegenelektrodender MIM-Elemente verwendet werden. Beispielsweise die gleichen Materialien wie oben für die ersteMetallschicht erwähnt oder Ni, Cr, Cu, Au oder auch Legierungen hieraus.Basically all conductive materials can be used as counter electrodesof the MIM elements can be used. For example, the same materials as above for the first oneMetal layer mentioned or Ni, Cr, Cu, Au or alloys thereof.

Was die Flüssigkristallanzeigeweis.e anbetrifft, so wurde die Erfindung insbesondere in bezug auf TN-FK-Anzeige-Vorrichtungenerläutert. Es können aber auch andere Flüssigkristallanzeigen oder -anzeigeweisen verwendetwerden, wie Guest-Host-Flüssigkristalle, bei denen eindichroitischer Farbstoff (Guest=Gast) im Flüssigkristall (Host=Wirt) enthalten ist oder Flüssigkristallanzeigennach dem Prinzip der dynamischen Streuung der Flüssigkristallmoleküle.Bezüglich der Art der Ausrichtung des Flüssigkristalls kann die üblicherweise benutzte gewöhnlicheMethode eingesetzt werden.As for liquid crystal display devices, the invention has been made particularly with respect to TN-LC display devicesexplained. However, other liquid crystal displays or display modes can also be usedbe like guest-host liquid crystals where adichroic dye (guest = guest) is contained in the liquid crystal (host = host) or liquid crystal displaysbased on the principle of dynamic scattering of liquid crystal molecules.As for the way of aligning the liquid crystal, the commonly used one can be usedMethod can be used.

Die elektrischen Eigenschaften werden nicht durch dieMuster der MIM-Elemente bzw. -anordnungen und der Bildelementelektroden beeinflußt. Wie beispielsweise inFig. 27 gezeigt, ist es möglich, eine unnatürliche Formder Bildelementelektroden gemäß den erläuterten BeispielenThe electrical properties are not affected by thePatterns of the MIM elements or arrays and the picture element electrodes influenced. As for example inAs shown in Fig. 27, it is possible to have an unnatural shapeof the picture element electrodes according to the illustrated examples

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dadurch zu vermeiden, daß eine polygone Bildelementelektrode 181 vorgesehen wird und die MIM-Anordnung 182im Zwischenraum zwischen benachbarten Bildelementelektroden angeordnet wird.by providing a polygonal picture element electrode 181 and the MIM array 182is placed in the space between adjacent picture element electrodes.

Gemäß den letztgenannten Ausführungsformen der Erfindung wird eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung geschaffen,bei der zwei MIM-Elemente in entgegengesetzter Richtungparallel, also antiparallel geschaltet sind. Die Ersatz-Schaltung der Flüssigkristallanzeigevorrichtung für diesenFall ist in Fig. 28 dargestellt.According to the latter embodiments of the invention, there is provided a liquid crystal display device,in the case of two MIM elements in opposite directionsare connected in parallel, i.e. anti-parallel. The equivalent circuit of the liquid crystal display device for thisThe case is shown in FIG.

Wie anhand der ersteren Ausführungsformen der Erfindungerläutert, ist es auch möglich, zwei MIM-Elemente in Reihe zu schalten. Auch hierdurch läßt sich der Gleichrichtungseffektaufgrund der Strom-Spannungs-Kennlinie der MIM-Elemente vermeiden. Die Strom-Spannungs-Kennliniefür diesen Fall ist in Fig. 29 als c im Vergleich zu den Kennlinien (a und b) für den Fall nur eines MIM-Elementsgezeigt. Die entsprechende Kennlinie für eine Parallelschaltung zweier MIM-Elemente ist in Fig. 29als d bezeichnet. Ihre Neigung (entsprechend der Poole-Frenkel-Konstanteß in Gleichung (1)) ist größer als die der reihengeschalteten MIM-Elemente. Wenn solche MIM-Anordnungenmit Flüssigkristallanzeigevorrichtungen kombiniert werden, dann werden sie unter Ausnutzung ihrerNicht-Linearität als Schaltelement verwendet. Dabei ist ein großes&für eine Hochmultiplexansteuerung günstig,und solch ein großes ß erzielt man durch eine Parallelschaltung zweier MIM-Elemente.As explained with reference to the first embodiment of the invention, it is also possible to connect two MIM elements in series. This also makes it possible to avoid the rectification effect due to the current-voltage characteristic of the MIM elements. The current-voltage characteristic in this case is shown in Fig. 29 as c in comparison with the characteristics (a and b) in the case of only one MIM element. The corresponding characteristic curve for a parallel connection of two MIM elements is designated in FIG. 29 as d. Their inclination (corresponding to the Poole-Frenkel constant β in equation (1)) is greater than that of the MIM elements connected in series. When such MIM devices are combined with liquid crystal display devices, they are used as a switching element utilizing their non-linearity. A large& is favorable for a high-multiplex control, and such a large ß is achieved by connecting two MIM elements in parallel.

Mit der vorliegenden Erfindung kann dem gleichrichtenden Verhalten entgegengewirkt werden, das bei Verwendungeines MIM-Elements für ein einzelnes Bildelement infolgeder Ungleichförmigkeit zweier Metal1-Oxidschicht-Grenz-With the present invention, the rectifying behavior can be counteracted when usedof a MIM element for a single picture element as a resultthe non-uniformity of two metal-oxide layer boundary

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schichten auftritt. Die Erfindung ermöglicht es, MIM-Anordnungen mit geringerer Genauigkeit herzustellen, alssie bei der Herstellung eines MIM-Elements pro Bildelementerforderlich ist. Darüberhinaus können mit der Erfindung Fehler bei'den MIM-Anordnungen aufgrund vonFehlern des anodisch erzeugten Oxids minimal gemacht werden. Man erhält ein Flüssigkristallanzeigefeld miteiner sehr geringen Fehlerrate.layers occurs. The invention enables MIM devices to be manufactured with less accuracy thanthem in the production of one MIM element per picture elementis required. In addition, errors in the MIM arrangements due toDefects in the anodized oxide can be minimized. A liquid crystal display panel is obtained witha very low error rate.

Claims (14)

Translated fromGerman

BLUMBACH · WESER · BERGEN - KRAlViERZWIRNER · HOFFMANNBLUMBACH · WESER · BERGEN - KRAlViERZWIRNER HOFFMANNPATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADENPATENT LAWYERS IN MUNICH AND WIESBADENPatenlconsull Radockestraßo 43 8000 Mündion 60 Tololon (089) 883603/883604 Telex 05-212313 Tf.'legrnmme PatenlconsullPalentconsult Sonnonborgor SlroOeAi6200 Wiesbaden Tololoii (06121) 562943/561998 lolox 04-186237 Toloorommo PatonlconsultPatenlconsull Radockestraßo 43 8000 Mündion 60 Tololon (089) 883603/883604 Telex 05-212313 Tf.'legrnmme Patenlconsull Palentconsult Sonnonborgor SlroOeAi 6200 Wiesbaden Tololoii (06121) 562943/561998 lolox 04-186237 PatonlconsultoKabushiki Kaisha Suwa Seikosha 82/8701Kabushiki Kaisha Suwa Seikosha 82/87013-4, 4-chome, Ginza, Chuo-ku, HO/mü3-4, 4-chome, Ginza, Chuo-ku, HO / müTokyo, JapanTokyo, JapanNicht-linearer Widerstand und Verfahren zur Herstellung eines solche verwendenden Matrix-FK-ArizeigefeldesNon-linear resistor and method of making a matrix LC arizei panel using suchPatentansprüche 1.) Nicht-linearer Widerstand mit einem MIM-(Metall-Claims 1.) Non-linear resistor with a MIM (metalIsolator-Metall)-Aufbau umfassend einen Metalldünnfilm(9), auf diesem eine Oxidschicht (10) als Isolator und auf dieser eine metallene Gegenelektrode (11), dadurchgekennzeichnet , daß der Metalldünnfilm(9) als Verbindungsstück dient und zwei nicht-lineare Elemente zur Schaffung eines Metall-Oxid-Metall-Oxid-Metall-Aufbaus in Reihe schaltet.Insulator-metal) assembly comprising a metal thin film(9), on this an oxide layer (10) as an insulator and on this a metal counter-electrode (11), therebycharacterized in that the metal thin film(9) serves as a connector and two non-linear elements to create a metal-oxide-metal-oxide-metal-onbaus switches in series.2. Nicht-linearer Widerstand mit einem MIM-Aufbauumfassend einen Metalldünnfilm (142a, 142b), auf diesem eine Oxidschicht als Isolator und auf dieser einemetallene Gegenelektrode, dadurch gekennzeichnet , daß zwei MIM-Elemente (144a, 144b in Fig. 24) antiparallel geschaltet sind.2. Non-linear resistor with a MIM structurecomprising a metal thin film (142a, 142b) on which an oxide layer as an insulator and on which onemetal counter electrode, characterized in that two MIM elements (144a, 144b in Fig. 24) are connected in anti-parallel.München: R. Kramer Dlpl.-Ing.. W. Weser Dipl.-Phys. Dr. rer. net. · E. Hoffmann Dipl.-Ing.Wiesbaden: P.G. Blumbach Dlpl.-Ing. · P. Bergen Prof. Dr. jur.Dipl.-Ing., Pat.-Ass., Pat.-Anw.bis 1979 · G. Zwirner Dlpl.-Ing. Dipl.-W.-Ιης.Munich: R. Kramer Dlpl.-Ing .. W. Weser Dipl.-Phys. Dr. rer. net. · E. Hoffmann Dipl.-Ing.Wiesbaden: P.G. Blumbach Dlpl.-Ing. · P. Bergen Prof. Dr. jur.Dipl.-Ing., Pat.-Ass., Pat.-Anw. until 1979 G. Zwirner Dlpl.-Ing. Dipl.-W.-Ιης.3. Nicht-linearer Widerstand nach einem der vorhergehendenAnsprüche, dadurch ge kenn ze lehnet,daß der Metalldünnfilm (9 in Fig.· 7, 14 2a, 142b inFig. 24) ein Ta Dünnfilm oder ein mit Stickstoff dotierter Ta Dünnfilm ist, und daß die Oxidschicht (10in Fig. 7) eine durch anodische Oxidation des Ta Dünnfilms gebildete Oxidschicht ist.3. Non-linear resistance according to one of the precedingClaims, thereby denotesthat the metal thin film (9 in Fig. 7, 14 2a, 142b inFig. 24) is a Ta thin film or a nitrogen-doped Ta thin film, and that the oxide layer (10in Fig. 7) is an oxide layer formed by anodic oxidation of the Ta thin film.4. Nicht-linearer Widerstand nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Metalldünnfilm (9), die Oxidschicht (10) und die Gegenelektrode (11) in Form von Linien bzw.Leitungen mit definierter Breite ausgebildet sind, die einander auf der Ebene kreuzen.4. Non-linear resistor according to one of the preceding claims, characterizedthat the metal thin film (9), the oxide layer (10) and the counter electrode (11) in the form of lines orLines are formed with a defined width that cross each other on the plane.5. Verfahren zur Herstellung eines Matrix-Flüssigkristallanzeigefeldesmit einer nicht-linearer MIM-Anordnung, insbesondere einer solchen nach einem der Ansprüche1,3 oder 4, bei dem mit. jedem einer Vielzahl von Bildelementen eine MIM-Anordnung verbunden ist,gekennzeichnet durch folgende Schrittezur Bildung der MIM-Anordnungen5. A method of manufacturing a matrix liquid crystal display panelwith a non-linear MIM arrangement, in particular one according to one of the claims1,3 or 4, where with. a MIM arrangement is connected to each of a plurality of picture elements,characterized by the following stepsto form the MIM arrangementsa) Ausbilden eines ersten metallischen Dünn£iImsa) Formation of a first metallic thin layerb) Formen des ersten metallischen Dünnfilms zu einem Muster,b) forming the first metallic thin film into a pattern,c) anodisches Oxidieren der Oberfläche des ersten metallischen Dünnfilms,c) anodic oxidizing the surface of the first metallic thin film,d) Ausbilden eines zweiten metallischen Dünnfilms, e) Formen des zweiten metallischen Dünrifilinsd) forming a second metallic thin film, e) shaping the second metallic thin filmzu einem Muster und
f) Entfernen des ersten metallischen Dünnfilms und des bei der anodischen Oxidation gebildetenOxidfilms (10) im Bereich außerhalb der Stellen, an denen die MIM-Anordnungen gebildet werden.to a pattern and
f) removing the first metallic thin film and the oxide film (10) formed during the anodic oxidation in the area outside the locations at which the MIM devices are formed.6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß Schritt (f) nach Schritt (e)ausgeführt wird.6. The method according to claim 5, characterized in that step (f) after step (e)is performed.7. Verfahren nach"Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß Schritt (f) vor Schritt (d)ausgeführt wird.7. The method according to "claim 5, characterized in that step (f) before step (d)is performed.8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet , daß der erste metallische Dünnfilm (9) für die anodische Oxidationmaschen- oder netzähnlich gemustert wird.8. The method according to any one of the preceding claims,characterized in that the first metallic thin film (9) is for anodic oxidationis patterned like a mesh or net.9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß der Teil, an demkeine MIM-Anordnungen auszubilden sind, unter der Voraussetzung gemustert wird, daß der größere Teil desersten metallischen Dünnfilms später anodisch zu oxidieren bleibt.9. The method according to any one of claims 5 to 7, characterized in that the part on whichno MIM arrays need to be formed, provided that the greater part of thefirst metallic thin film remains to be anodically oxidized later.10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß der zweitemetallische Dünnfilm später so gemustert wird, daß zwei in Reihe geschaltete MIM-Elemente entstehen.10. The method according to any one of claims 5 to 9, characterized in that the secondmetallic thin film is later patterned in such a way that two MIM elements connected in series are produced.11. Verfahren nach e.inem der Ansprüche 5 oder 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Bildelementelektrodennach Ausbildung der MIM-Anordnungen gemustert werden.11. The method according to e.inem of claims 5 or 10, characterized in that the picture element electrodesafter the MIM arrangements have been formed.12. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurchgekennzeichnet , daß die Bildelementelektroden während der Herstellung der MIM-Anordnungengemustert werden.12. The method according to any one of claims 5 or 6, characterizedcharacterized in that the picture element electrodes are removed during manufacture of the MIM devicesto be patterned.13. Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristall-13. Process for the production of a liquid crystal•j anzeigevorrichtung mit einer Vielzahl von Bildelementenund mit den Bildelementen verbundenen MIM-Anordnungen als nicht-linearen Elementen, dadurch gekennzeichnet , daß zwei MIM-Elemente so parallel geschaltet sind, daß keine Gleichrichtung auftritt/ und mit einem Bildelement in Reihe geschaltet sind, indemBildelementelektroden gebildet, werden, ein erster Metalldünnfilmgebildet und gemustert wird, die Oberfläche des ersten Metalldünnfilms anodisch oxidiert wird, unbenutzteTeile des ersten Metalldünnfilms und des durch die anodische Oxidation gebildeten Films entfernt werden, eineWärmebehandlung, durchgeführt wird und ein zweiter Metalldünnfilm gebildet und gemustert wird.• j display device with a plurality of picture elementsand MIM arrays connected to the picture elements as non-linear elements, characterized in that two MIM elements are so parallel are connected so that no rectification occurs / and are connected in series with a picture element byPicture element electrodes are formed, a first metal thin filmis formed and patterned, the surface of the first metal thin film is anodized, unusedParts of the first metal thin film and the film formed by the anodic oxidation are removed, oneHeat treatment, is performed and a second metal thin film is formed and patterned.14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß ein erster Leiterteil (163 inFig. 26) des ersten Metalldünnfilms der MIM-Anordnungdadurch mit einem zweiten Leiterteil (163) des zweiten Metalldünnfilms der MIM-Anordnung elektrisch in Kontaktgebracht wird, daß die Oberfläche des ersten Le'iterteilsanodisch oxidiert wird, der erste Metalldünnfilm an derSeitenkante des ersten Leiterteils freigelegt wird und der freigelegte erste Metalldünnfilm mit dem zweitenMetalldünnfilm bedeckt wird.14. The method according to claim 13, characterized in that a first conductor part (163 inFig. 26) of the first metal thin film of the MIM devicethereby electrically in contact with a second conductor part (163) of the second metal thin film of the MIM deviceis brought that the surface of the first conductor partis anodized, the first metal thin film on theSide edge of the first conductor part is exposed and the exposed first metal thin film with the secondMetal thin film is covered.